機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)專用精壓機(jī)沖壓及送料系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書設(shè) 計(jì) 題 目： 專用精壓機(jī)沖壓及送料系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專 業(yè)： * 班 級： *_ 姓 名： * 學(xué) 號： * 指 導(dǎo) 教 師： * 2012年 6月 20日2專用精壓機(jī)目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)11.1 設(shè)計(jì)題目21.2 工作原理及工藝動作過程21.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求21.4 設(shè)計(jì)任務(wù)22機(jī)械機(jī)構(gòu)功能的簡單分析33系統(tǒng)傳動方案設(shè)計(jì)33.1 原動機(jī)類型的選擇33.2 主傳動機(jī)構(gòu)的選擇44 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)和選擇45、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定與原理說明95.1機(jī)型的選擇105.2自動機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)106、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定與原理說明. 137 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)7.沖壓結(jié)構(gòu)

2、的計(jì)算.13 7.2傳動機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)138、飛輪設(shè)計(jì).159、動機(jī)構(gòu)的選擇與比較.1510、運(yùn)動循環(huán)圖.1611、設(shè)計(jì)心得與體會.1712 總體裝配圖.1913、參考文獻(xiàn).20 專用精壓機(jī)課程設(shè)計(jì)_1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一用于薄壁鋁合金制件的精壓機(jī),并完成有關(guān)尺寸的計(jì)算和機(jī)構(gòu)選型等要求。1.1 設(shè)計(jì)題目 專用精壓機(jī)1.2 工作原理及工藝動作過程 專用精壓機(jī)是用于薄壁鋁合金制件的精壓深沖工藝。它是將薄壁鋁板一次沖壓成為深筒形。 它的工藝動作主要有: 1）將新坯料送至待加工位置。 2)下模固定、上模沖壓拉延成形將成品推出模腔。1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求（1） 動力源是電動機(jī)，作轉(zhuǎn)動；沖壓執(zhí)行構(gòu)件為上模，

3、作上下往復(fù)直移運(yùn)動，其大致運(yùn)動規(guī)律如圖1（b）所示，具有快速接近工件、等速工作進(jìn)給和快速返回的特性。（2） 精壓成形制品生產(chǎn)率約每分鐘70件。（3） 上模移動總行程為280 mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100 mm。（4） 行程速比系數(shù)k1.3。（5） 坯料輸送的最大距離200 mm。（6） 上?；瑝K總質(zhì)量40 kg,最大生產(chǎn)阻力為5000 n，且假定在拉延區(qū)內(nèi)生產(chǎn)阻力均衡；（7） 設(shè)最大擺動件的質(zhì)量為40kg/mm，繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動慣量為2 kgm2/mm，質(zhì)心簡化到桿長的中點(diǎn)。其它構(gòu)件的質(zhì)量及轉(zhuǎn)動慣量均忽略不計(jì)；（8） 傳動裝置的等效轉(zhuǎn)動慣量（以曲柄為等效構(gòu)件，其轉(zhuǎn)動慣量設(shè)為30 kgm

4、2，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)許用不均勻系數(shù)為0.05）（9） 機(jī)構(gòu)應(yīng)具有較好的傳力性能，特別是工作段的壓力角應(yīng)盡可能小，傳動角大于或等于許用傳動角。1.4 方案設(shè)計(jì)及討論（1） 送料機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇送料可采用凸輪機(jī)構(gòu)、凸輪連桿組合送料機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等。（2） 沖壓機(jī)構(gòu)為保證等速拉延、回程快速的要求，可采用導(dǎo)桿加搖桿滑塊的六桿機(jī)構(gòu)、鉸鏈四桿加搖桿滑塊的六桿機(jī)構(gòu)、齒輪連桿沖壓機(jī)構(gòu)等。（3） 工件送料傳輸平面標(biāo)高在1000mm左右。（4） 需考慮飛輪設(shè)計(jì)。1.5 設(shè)計(jì)任務(wù)1） 按工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖。2） 進(jìn)行送料機(jī)構(gòu)，沖壓機(jī)構(gòu)的選型。3） 機(jī)械運(yùn)動方案的評價(jià)和選擇。4） 按擬定的電動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動參數(shù)擬定機(jī)械

5、傳動方案。5） 進(jìn)行飛輪設(shè)計(jì)。6） 畫出機(jī)械運(yùn)動方案簡圖。7） 對傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動尺寸計(jì)算。2 機(jī)械機(jī)構(gòu)功能的簡單分析 本機(jī)構(gòu)加工的主要為鋁合金制件，且需一次沖壓成形。故機(jī)構(gòu)需要較大的沖壓力來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)要保證其精壓的質(zhì)量，機(jī)構(gòu)需要勻速的沖壓過程，因此我們采用具有較好傳動性和較高接觸強(qiáng)度的齒輪機(jī)構(gòu)?？紤]到工作效率的要求，我們將凸輪送料機(jī)構(gòu)改成曲柄滑塊送料機(jī)構(gòu)，提高了機(jī)構(gòu)使用的壽命。 為了使整個機(jī)構(gòu)能夠快速、緊密、平穩(wěn)地運(yùn)行，需要機(jī)構(gòu)的各個部分必須相互配合，并且足夠穩(wěn)定。3 系統(tǒng)傳動方案設(shè)計(jì)所選原動機(jī)及主傳動機(jī)構(gòu)應(yīng)能使精壓機(jī)機(jī)構(gòu)平穩(wěn)傳動，3.1 原動機(jī)類型的選擇 電機(jī)采用y系列y112m

6、-4電機(jī)，該電機(jī)轉(zhuǎn)速為1480r/miny系列（ip44）三相異步電動機(jī) y系列（ip44）電機(jī)是全封閉、外扇冷三相鼠籠型一般用途的電機(jī)，具有高效、節(jié)能、起動力大、噪聲低、振動小、可靠性高等特點(diǎn)。安裝尺寸符合iec標(biāo)準(zhǔn)，功率與機(jī)座號的配置關(guān)系符合din標(biāo)準(zhǔn)。外殼防護(hù)等極ip44。 使用場所：不可含易燃、易爆或腐蝕性氣體。 額定功率：0.55-315kw 額定電壓：380v 額定頻率：50hz 機(jī)座號：80-355能夠充分滿足機(jī)構(gòu)的需要沖床傳動系統(tǒng)如圖52所示。電動機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)帶傳動、齒輪傳動降低后驅(qū)動機(jī)器主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。原動機(jī)為三相交流異步電動機(jī)，其同步轉(zhuǎn)速選為1500r/min，可選用如下型號：電機(jī)型

7、號 額定功率（kw） 額定轉(zhuǎn)速（r/min）y100l24 3.0 1420y112m4 4.0 1440y132s4 5.5 1440由生產(chǎn)率可知主軸轉(zhuǎn)速約為70r/min，若電動機(jī)暫選為y112m4，則傳動系統(tǒng)總傳動比約為。取帶傳動的傳動比ib=2，則齒輪減速器的傳動比ig=10.285，故可選用兩級齒輪減速器。3.2 主傳動機(jī)構(gòu)的選擇 由于凸輪連桿機(jī)構(gòu)不具有高速傳遞性能，只適用與低速傳動，所以原動機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)間傳動用齒輪機(jī)構(gòu)傳動，可使執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動平穩(wěn)。 4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)和選擇方案設(shè)計(jì)送料機(jī)構(gòu)方案 1 - 凸輪機(jī)構(gòu) 凸輪送料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)雖然簡單但是在起輪廓設(shè)計(jì)和制造時(shí)有其一定的難度，所以

8、一般我們都不采用此種送料機(jī)構(gòu)，況且在送料完成時(shí)，推桿不能自動返回，需要在推桿處加一個彈簧裝置，才能保證機(jī)構(gòu)順利的工作。 送料機(jī)構(gòu)方案 2 - 凸輪連桿組合送料機(jī)構(gòu)由凸輪和連桿機(jī)構(gòu)組成，連桿機(jī)構(gòu)可通過對桿長的計(jì)算設(shè)計(jì)，當(dāng)選好適合的桿長尺寸后，能實(shí)現(xiàn)所需的行程速比以及運(yùn)動要求。通過鉸鏈點(diǎn)與桿長的適合選擇，能使機(jī)構(gòu)具有較小的壓力角和較為理想的傳動角，使其達(dá)到運(yùn)動功能，滿足傳動要求。 凸輪輪廓線可根據(jù)運(yùn)動的要求用機(jī)構(gòu)倒置法求出，從而使送料，沖壓和上頂同時(shí)完成，并也能滿足急回與勻速這一要求，在完成預(yù)定運(yùn)動的同時(shí)，使整個加工效率提高。送料機(jī)構(gòu)方案3-槽輪機(jī)構(gòu)。槽輪結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機(jī)械效率高，并

9、能夠平穩(wěn)地、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位，但由于顫動時(shí)尚存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇藱C(jī)構(gòu)的傳遞速度還是比較大的，所以此機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)，不是很合適的。送料機(jī)構(gòu)方案4 -曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 搖桿滑塊送料機(jī)夠可調(diào)節(jié)其在整個運(yùn)動中的初始位置使推桿在預(yù)定時(shí)間將胚料送至待加工的位置。運(yùn)動比較平穩(wěn)，如取一定的偏距，則其也具有急回的特性。綜上所述，方案一采用凸輪機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)雖簡單，但凸輪的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，給機(jī)構(gòu)制造也帶來很大不便，推桿不能順利返回。而方案二采用凸輪連桿機(jī)構(gòu)，其缺點(diǎn)與方案一大致相同，方案三槽輪機(jī)構(gòu)不適用與高速運(yùn)轉(zhuǎn)，方案四曲柄滑塊機(jī)構(gòu)尺寸容易設(shè)計(jì)并且也能準(zhǔn)確達(dá)到送料的目的。所以采用方案四作為送料機(jī)

10、構(gòu)。沖壓機(jī)構(gòu)選型方案1 導(dǎo)桿加搖桿滑塊六桿機(jī)構(gòu)其沖壓機(jī)構(gòu)我們是參考機(jī)械原理書中的機(jī)構(gòu)，當(dāng)然我們對其進(jìn)行了改進(jìn)，將其凸輪機(jī)構(gòu)的高副低代后得到了由搖桿和滑塊組成的擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的尺寸確定可按給定的行程速度變化系數(shù)k設(shè)計(jì)，上模將具有急回特性，搖桿滑塊機(jī)構(gòu)的組合可按照要求使上模在工作段接近于勻速。沖壓機(jī)構(gòu)是在導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，串聯(lián)一個搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合而成的。導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)按給定的行程速比系數(shù)設(shè)計(jì)，它和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)組合可達(dá)到工作段近于勻速的要求。適當(dāng)選擇導(dǎo)路位置，可使工作段壓力角較小。方案2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)加搖桿滑塊六桿機(jī)構(gòu)沖壓機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)和搖桿滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)組合而成的。四桿機(jī)構(gòu)可按行程速比系數(shù)

11、用圖解法設(shè)計(jì)，然后選擇連桿長及導(dǎo)路位置，按工作段近于勻速的要求確定鉸鏈點(diǎn)的位置。若尺寸選擇適當(dāng)，可使執(zhí)行構(gòu)件在工作段中運(yùn)動時(shí)機(jī)構(gòu)的傳動角滿足要求，壓力角較小。能夠滿足 等速拉伸、回程快速的要求。方案3 齒輪-連桿沖壓機(jī)構(gòu)齒輪具有傳動平穩(wěn)，能夠高速運(yùn)轉(zhuǎn)，由齒輪和連桿串聯(lián)的機(jī)構(gòu)，可以更好的按照其要求得行程速比來設(shè)計(jì)所要求的機(jī)構(gòu) 。綜上所述，我們在這兒選擇的是方案2，能夠滿足沖壓機(jī)構(gòu) 等速拉伸，回程快速的基本要求。還有其結(jié)構(gòu)比較緊湊，簡單。能夠要求的性能指標(biāo)，制造起來也比較方便。所以， 最后我們小組進(jìn)行了討論和對比。各個方案都是有不同的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)組成而成，且各個機(jī)構(gòu)均能基本完成設(shè)計(jì)要求的運(yùn)動。但是在我

12、們查閱資料后，我們決定采用擺動導(dǎo)桿沖壓機(jī)構(gòu)+曲柄滑塊送料機(jī)構(gòu) ，雖然凸輪能夠可以無困難地設(shè)計(jì)出其輪廓曲線，使其滿足規(guī)定的運(yùn)動規(guī)律，但在制造中，難以實(shí)現(xiàn)輪廓線的實(shí)現(xiàn)，凸輪與從動件的點(diǎn)或線的高副接觸是很易磨損的。而設(shè)計(jì)要求中機(jī)構(gòu)要每分鐘生產(chǎn)約70件，機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度較大。并且其上?；瑝K的總質(zhì)量為40kg，最大生產(chǎn)阻力為5000n，故需要其機(jī)構(gòu)較好的傳力性能，而凸輪機(jī)構(gòu)不適用于傳力過大的場合。因此我們選取擺動導(dǎo)桿沖壓機(jī)構(gòu)+曲柄滑塊送料機(jī)構(gòu)。由于題目中要求，上模先以比較小的速度接近坯料，然后以勻速進(jìn)行拉延成型工作，以后上模繼續(xù)下行將成品推出型腔，最后快速返回，所以在這里，我們就不需要在設(shè)計(jì)上頂裝置。 5

13、、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定與原理說明5.1機(jī)型的選擇從產(chǎn)品的數(shù)量上看，屬于大批量生產(chǎn)，選擇全自動機(jī)型。從產(chǎn)品的工藝過程看，選擇直線式工藝路線的自動機(jī)型。 根據(jù)工藝路線分析，實(shí)際實(shí)現(xiàn)功能需要三個工位：推板送料，擺桿導(dǎo)桿沖壓機(jī)構(gòu)沖壓，將成品從下模推出腔體。5.2自動機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)送料機(jī)構(gòu)推板第一次送料方向沖壓機(jī)構(gòu)沖壓機(jī)構(gòu)在完成沖壓這個過程是具有急回特性，能夠滿足題目中的要求，等速拉延，回程快速等要求。整個裝置的結(jié)構(gòu)簡圖如下：整個機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作原理：如上圖的機(jī)械運(yùn)動結(jié)構(gòu)簡圖：曲柄-滑塊結(jié)構(gòu)將坯料推到待加工位置。電動機(jī)輸入的動力通過大齒輪傳動給上下兩個小齒輪，下面的齒輪上面焊接了一個曲柄通過齒輪的轉(zhuǎn)動，帶

14、動曲柄轉(zhuǎn)動，從而完成送料的過程。大齒輪帶動上面的齒輪轉(zhuǎn)動，小齒輪上也焊接了一個曲柄，曲柄通過滑塊與搖桿相連接，搖桿帶動導(dǎo)桿上下運(yùn)動，在向下完成沖壓的過 程中，幾乎是接近勻速的向下的時(shí)候，沖壓坯料，成型后，繼續(xù)向下將成品推出下模，向上回去的時(shí)候，具有急回運(yùn)動特性。6、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動方案的擬定與原理說明由于在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到電機(jī)輸出功率的傳遞效率問題，電機(jī)應(yīng)該安裝在靠近工作件的齒輪軸上，又由于大齒輪輸入動力時(shí)可以傳遞較大的扭矩，所以電動機(jī)安在大齒輪上，然而根據(jù)要求：每分鐘生產(chǎn)70個工件，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以確定為35rpm，曲柄為等效構(gòu)件時(shí)等效轉(zhuǎn)動慣量為30kgm2 ,工作臺高在1000mm左右，為了方

15、便計(jì)算和統(tǒng)一，取2個大齒輪的直徑為d=600mm，取小齒輪直徑為d=300mm，所有齒輪均取模數(shù)m=10，小齒輪與大齒輪的傳動比i=2，故最上面的小齒輪的轉(zhuǎn)速為70r/min，大齒輪的轉(zhuǎn)速為35r/min。即為w小=2w大=(70*2*3.14)/60=7.3rad/s。ja=16jf*m=40kg當(dāng)以曲柄為等效轉(zhuǎn)動構(gòu)件時(shí)： je=3ja/2+16ja/4+40(v2/w小2 )/2=30 這里v是上模的平均速度，v=0.28/60=0.0046m/s 解得j小=5.45kgm2 ,j大 =87.27kgm2 為了算電動機(jī)的功率，先假設(shè)能量守恒：p=3j小w小2 /2+2j大w大2 /2+mv

16、2/2+5000*0.1=2097w考慮到齒輪傳輸中的機(jī)械損失，取功率為2.5kw的電機(jī)。所以可以確定電機(jī)的型號為功率2.5kw，輸出轉(zhuǎn)速為35r/min的交流電動機(jī)。7 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)及計(jì)算7.1沖壓結(jié)構(gòu)的計(jì)算：要求行程比系數(shù)為k=1.3，這里我們?nèi)=1.5，則有：極為夾角=180。*（k-1）/(k+1)=36。要求上模移動總行程為280mm，其拉延行程置于總行程的中部，約100mm。沖壓機(jī)構(gòu)最高點(diǎn)到最低點(diǎn)的距離為140mm，則有： cd=h/sin18。=453mm取ab=250mm,則ac=809mm7.2傳動機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)： 取曲柄滑塊送料機(jī)構(gòu)的曲柄hg=100mm，接觸工件的推

17、板寬高位200mm，根據(jù)行程速比k計(jì)算得連桿jh=224mm，沖程l=324mm。機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖如下：8、飛輪設(shè)計(jì)由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有周期性速度波動，所以我們必須進(jìn)行飛輪設(shè)計(jì)，處于各種原因考慮，我們應(yīng)該考慮到飛輪必須按照速度較高的齒輪上，比如說安裝在最下面的那個齒輪上，用來機(jī)構(gòu)運(yùn)動引起的周期性速度波動。由機(jī)械原理書可知，具體設(shè)計(jì)方案需要根據(jù)起速度不均勻系數(shù)來確定。9、動機(jī)構(gòu)的選擇與比較方案一 鏈條機(jī)構(gòu)輪系方案二 皮帶機(jī)構(gòu)輪系方案三 純輪系 由于考慮到機(jī)構(gòu)的高傳動性要求，皮帶機(jī)構(gòu)+輪系就難以滿足要求，因?yàn)槠л喸谝欢螘r(shí)間后較易打滑。并且我們要保持工作臺的清潔，但鏈條機(jī)構(gòu)為了有良好的傳動性能要加

18、潤滑劑會弄臟工作臺，故不適合。齒輪機(jī)構(gòu)不僅具有良好的傳動性能，而且其緊湊的結(jié)構(gòu)能大大節(jié)約空間。同時(shí)，主要對齒輪稍作尺寸上的改動就能大大提高其承載能力，提高使用壽命，所以純輪系最為合適。但是電動機(jī)輸出必須采用皮帶傳動。 10、運(yùn)動循環(huán)圖我們采用圓環(huán)流程圖的方式來表示機(jī)構(gòu)的整個工作流程。11、設(shè)計(jì)心得與體會通過接近一周的機(jī)械原理課程設(shè)計(jì),我有很多的感觸收獲.首先,對機(jī)械原理這門課程有了更深入的了解.本小組采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和齒輪傳動的理論知識，采用cadz制圖工具，成員分工明確，畫圖，處理數(shù)據(jù)，考慮結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，平時(shí)的只停留在一個初等的感性認(rèn)識水平,沒有真正的理解透所學(xué)的具體原理的應(yīng)用問題,但在自己做設(shè)計(jì)過程中老在問為什